Progetto Amplificatore Valvolare EL34 - Digilander

Progetto di
Amplificatore Stereo
Valvolare
Push-Pull EL34
35 watt
Giunchi Fabrizio
Introduzione
Per prima cosa è opportuno definire la parte di potenza dell’ amplificatore che si vuole realizzare; cioè,
che tipo di valvole finali utilizzare, che configurazione si desidera Single–Ended oppure Push-Pull, ed
infine valutare se è il caso di collegare più valvole in parallelo per avere più potenza di uscita.
Poi si passa a definire la parte driver che serve per pilotare le valvole finali, anche qui esistono diverse
configurazioni, bisogna scegliere quella che fa al caso nostro.
Infine, si passa alla parte che riguarda il preamplificatore di ingresso, anche qui esistono diverse
configurazioni, bisogna scegliere quella che fa al caso nostro.
Per iniziare è necessario consultare il data-sheet, dove sono descritte le caratteristiche delle valvole
utilizzate e la configurazione scelta per i tre stadi dell’amplificatore (Finale, Driver, Preamplificatore).
Dopodichè, siamo in grado di sapere tutte le tensioni e le correnti di cui ha bisogno la valvola per
funzionare. Quindi si deve definire il tipo di raddrizzatore da utilizzare per alimentare l’amplificatore.
Poi per terminare si valuta il dimensionamento del trasformatore di uscita e di seguito del
trasformatore di alimentazione più adeguato.
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Scelta della Valvola Finale
La scelta della valvola e la configurazione di funzionamento dipendono dalle esigenze e dall’impiego
dell’amplificatore che si vuole realizzare. Nel nostro caso prendiamo in esame la realizzazione di un
amplificatore Hi-Fi ad uso casalingo di media potenza utilizzando una classica configurazione Push-Pull.
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Schema Elettrico Finale
Dal data-sheet della valvola EL34 possiamo vedere le caratteristiche principali:
Dimensioni fisiche e connessioni elettriche degli elementi alla base;
Zoccolo Octal;
Riscaldamento indiretto;
Tensione Filamento 6,3V;
Corrente Filamento 1,5A;
Di seguito nelle pagine del data-sheet della valvola sono proposti anche esempi classici di come
utilizzarla al meglio. La configurazione da noi scelta è un Push-Pull di 2 valvole con polarizzazione in
Classe AB.
Analizziamo ora le caratteristiche operative:
Raa=3,4KΩ
Impedenza del primario del trasformatore di Uscita fra Anodo e Anodo;
Rg2=470Ω
Resistenza da inserire in serie alla Griglia Schermo di ogni valvola;
Rk=130Ω
Resistenza di potenza da applicare fra i Catodi e Massa;
Vg3=0Vcc
Tensione Griglia Soppressione (misurabile fra g3 e Catodo);
Vi=0V 21Veff
valore min. e max Tensione Efficace del segnale di ingresso applicato alla g1;
Vb=375Vcc
Tensione Alimentazione (misurabile fra +HV e Massa);
Va+VRk=355Vcc
Tensione Anodica (misurabile fra Anodo e Massa)
Ia=2x75mA
Corrente anodica minima di 75mA su ogni valvola con Vi=0Vrms;
Iamax=2x95mA Corrente anodica massima di 95mA su ogni valvola con Vi=max;
Ig2=2x11,5mA Corrente sulla Griglia Schermo 11,5mA su ogni valvola con Vi=0Vrms;
Wo=35W
Potenza massima di uscita push-pull con Vi=21Veff;
dtot=5%
distorsione alla potenza massima.
Durante le prove per un corretto funzionamento è opportuno controllare le correnti e le tensioni sopra
descritte con ingresso nullo cioè con Vi=0Veff, verificando che non discostano di molto. Eventualmente
aggiustare i valori modificando il valore ohmico delle resistenze Rk e Rg2.
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Scelta del Driver
La scelta della valvola e la configurazione di funzionamento del Driver dipendono dalle esigenze e dal
tipo di circuito finale che si vuole pilotare.
Dal data-sheet della valvola ECC83 doppio triodo vediamo possiede 2 filamenti che possiamo collegare
in parallelo ed alimentarli contemporaneamente a 6,3V.
Il data-sheet propone anche esempi classici di come utilizzare la valvola, sono indicate due
configurazioni principali per driver invertitore di fase. Per pilotare il nostro finale Push-Pull scegliamo
la seconda configurazione.
La configurazione da noi scelta è quella con se seguenti caratteristiche :
Vb=250V
Ra=100KΩ
Rk=68Ω
Tensione alimentazione circuito anodico;
Resistenza da inserire in serie all’anodo di ogni valvola;
Resistenza di potenza da applicare fra i Catodi e Massa;
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Scelta della Valvola Preamplificatrice
La scelta della valvola e la configurazione di funzionamento del Preamplificatore dipendono dalle
esigenze e dal tipo di circuito finale che si vuole pilotare.
Il data-sheet della valvola EF86 pentodo propone anche esempi classici di come utilizzare la valvola,
sono indicate alcune configurazioni principali con collegamento sia a pentodo che a triodo. Per pilotare il
nostro Driver scegliamo la configurazione a triodo che si ottiene collegando la griglia si soppressione g3
al catodo e la griglia schermo g2 all’anodo.
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Schema elettrico dell’Amplificatore.
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Procedimento di calcolo del trasformatore di uscita con WinTrasfo
Per calcolare il trasformatore con il software WinTrasfo si procede in questo modo:
Selezionare configurazione avvolgimenti secondari “N”
Selezionare la cartella Impedenze; Inserire i valori di Impedenza e corrente anodica:
Impostare l’impedenza dell’avvolgimento primario = 3400Ω.
Impostare l’impedenza dell’avvolgimento primario = 8Ω.
Impostare la corrente anodica su di una valvola =0,095A
Impostare Induzione magnetica =0,8Wb/m².
Impostare frequenza minima riproducibile = 30Hz.
Selezionare n° 2 avvolgimenti primari
Selezionare n° 2 avvolgimenti secondari
Selezionare Push-Pull.
Click su “Calcola e Aggiorna”
Controlliamo gli ingombri, notiamo che l’avvolgimento occupa circa metà dello spazio disponibile.
A questo punto proviamo a ridurre il pacco lamellare impostando un lamierino e uno spessore pacco di
dimensioni inferiori.
Selezionare Conosco Lamierini, e premere il pulsante Tipo Lamierino.
Selezionare un lamierino con C=32mm, Impostare Spessore Pacco Lamellare Sp = 32mm (valore uguale
alla colonna C=32mm).
Controlliamo gli ingombri, notiamo che l’avvolgimento riempie bene lo spazio disponibile.
Verificare materialmente se si dispone di un rocchetto plastico di idonee dimensioni per pacco lamellare
32x32 calcolato, altrimenti bisogna realizzarlo in cartoncino. Dopodiché bisogna inserire tali misure del
rocchetto nella cartella ‘Rocchetto Isolanti Ingombri’ tramite apposito pulsante ‘Tipo Rocchetto’.
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Elenco materiali per Trasformatore di Uscita
Pacco Lamellare 32x32mm
utilizzando il seguente lamierino:
32mm
96mm
80mm
AxB(cm²)
76,8
A(mm)
80
B(mm)
96
C(mm)
32
D(mm)
16
E(mm)
48
F(mm)
16
G(mm)
16
Tipo
EI96/80
Gf(Kg/1cm)
0,470
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------Rocchetto a due gole di uguale larghezza idoneo per pacco lamellare 32x32mm
Cr=33mm
Spr=33mm
M=14mm
I=22mm
L=22mm
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------Filo rame smaltato per gli avvolgimenti
Diametro Filo
Nudo
φN (mm)
0,22
0,9
Diametro Filo
Isolato
φI (mm)
0,25
0,97
Sezione filo
rame
nudo
n° di Spire in
1 cm di spazio
Coefficien. di
Riempimento
Resistenza di
1m di filo
Peso di 1m di
filo di rame
Sf
Nspcm
Kf
Rf
Pf
38,10
9,82
1,05
1,05
0,4630
0,0277
(mm²)
0,0380
0,6362
Occorrono circa
620 metri di filo diametro nudo 0,22mm per l’avvolgimento primario
30 metri di filo diametro nudo 0,90mm per l’avvolgimento secondario
9
(Ω)
(gr/m)
0,3383
5,6619
Costruzione del Trasformatore di Uscita
Gli avvolgimenti sono realizzati con filo smaltato,
avvolti su di un rocchetto plastico a due gole di uguale
larghezza, stratificando gli avvolgimenti primari e
secondari come da disegno inserendo un giro di carta
paraffinata ad ogni strato e due giri di carta
paraffinata fra ogni avvolgimento. L' avvolgimento
secondario è stato avvolto inserendolo a circa metà
dell' avvolgimento primario, in modo da essere ben
amalgamato per cercare di avere il migliore
accoppiamento possibile al fine di ridurre al massimo la
capacità parassita e l’induttanza dispersa del primario. Gli avvolgimenti di questo trasformatore sono
avvolti in senso orario ed in senso antiorario come indicato in figura.
Costruzione del trasformatore di uscita
Gli avvolgimenti sono disposti in un rocchetto dotato di 2 gole denominate gola I e gola L, di uguale
larghezza pari a 22mm.
Dal calcolo devo realizzare due avvolgimenti primari di 1643spire. Suddivido: 1643:2=821,5spire.
Realizzo due avvolgimenti da 821 spire e due avvolgimenti da 822 spire.
Prima di iniziare la costruzione segnare sul rocchetto di plastica
con un pennarello indelebile ‘gola I’ e gola L’, identificare il senso
di avvolgimento segnare una freccia con scritto ‘Orario’ e in senso
opposto un’altra freccia con scritto ‘Antiorario’.
Il rocchetto presenta delle insenature dedicate ad ospitare il filo
smaltato, tenere presente che gli avvolgimenti primari devono
iniziare e finire da un lato, mentre gli avvolgimenti secondari
devono iniziare e finire dall’altro lato.
Prima di iniziare ad avvolgere, cartellinare il filo smaltato con
etichette segnando con un pennarello con una "I" l'inizio
avvolgimento (es. ‘I avv.A’) poi terminato l’avvolgimento
etichettare con una "F" la fine dell’avvolgimento (es. ‘F avv.A’), in
modo che alla fine riconosciamo tutti gli avvolgimenti che
dovremo collegare in serie o in parallelo come da schema.
Fissato il rocchetto sulla bobinatrice, si inizia avvolgendo una parte di avvolgimento primario di
821spire senso orario nella gola L. Quindi si gira il rocchetto e si avvolge una parte di avvolgimento
primario di 821 spire senso antiorario nella gola I. Di seguito il secondario di 78 spire senso antiorario
nella gola I, e poi il secondario di 78 spire senso antiorario nella gola L. Poi si prosegue avvolgendo una
parte di avvolgimento primario di 822 spire senso antiorario nella gola I. Quindi si gira il rocchetto e si
prosegue avvolgendo una parte di avvolgimento primario di 822 spire senso orario nella gola L.
Finiti di avvolgere tutti gli avvolgimenti come descritto in figura si montano tutti i lamierini alternando
le E e le I come per tutti i trasformatori standard di alimentazione cercando di serrare bene il pacco
lamellare. Per bloccare il trasformatore sarà necessario un serrapacco avendo cura di tenerlo isolato
dai lamierini con dei pezzi di cartoncino. A questo punto si scorticano i terminali smaltati degli
avvolgimenti etichettati con un cutter fino al rame nudo e si fanno i relativi collegamenti come da
disegno.
Essendo un trasformatore di uscita per push-pull, fra le E e le I dei lamierini NON occorre inserire un
cartoncino di spessore per creare un traferro.
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Scelta del circuito di Alimentazione e Raddrizzatore
Si può scegliere se utilizzare un ponte di diodi, oppure due soli diodi, oppure una valvola raddrizzatrice.
Se utilizziamo un ponte di diodi lo schema di collegamento è il seguente:
Analizziamo lo schema elettrico dell’amplificatore per valutare le tensioni e le correnti che il
trasformatore di alimentazione dovrà fornire.
EL34PP Corrente Anodica Ia
EL34PP Corrente Griglia Schermo Ig2
EL34PP Corrente Filamento (con tensione 6,3V)
ECC83 Corrente Filamento (con tensione 6,3V)
EF86 Corrente Filamento (con tensione 6,3V)
Mono
2x95mA=190mA
2x22,5mA=45mA
2x1,5A=3A
300mA
200mA
Stereo
4x95mA=380mA
4x22,5mA=90mA
4x1,5A=6A
2x300mA=600mA
2x200mA=400mA
Per l’alimentazione alta tensione circuito anodico 380Vcc. Facendo 380:1,37=278Vac, questo è il
secondario dedicato all’alimentazione del circuito anodico.
Per alimentare i filamenti delle valvole del finale, il trasformatore deve essere dotato di un
avvolgimento da 6,3V, per rendere più stabile la tensione dei filamenti al fine di eliminare eventuali
ronzii si consiglia di inserire 2 resistenze da 100Ω verso massa.
Per alimentare i filamenti delle valvole del driver e del preamplificatore il trasformatore deve essere
dotato di un avvolgimento da 5,8V, che poi verrà raddrizzata e filtrata in modo da avere 6,3V.
Considerando di costruire un amplificatore stereo alimentato da un singolo Alimentatore, considerando
di abbondare un poco le correnti massime valutate per evitare di sovraccaricare il trasformatore :
Riassumendo si calcola il trasformatore di alimentazione partendo dai seguenti dati:
Potenza avvolgimento alta tensione 278V
Potenza avvolgimento filamenti 6,3V
Potenza avvolgimento filamenti 5,8V
Potenza totale del trasformatore
278x0,8=60,222,4W
6,3x8=28,50,4W
5,8x3=17,4W
222,4+50,4+17,4=290,2W
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Procedimento di calcolo del trasformatore di alimentazione con WinTrasfo
Per calcolare il trasformatore con il software WinTrasfo si procede in questo modo:
Selezionare n° 1 avvolgimenti primari
Selezionare n° 3 avvolgimenti secondari
Impostare la Tensione dell’avvolgimento primario Avv.1 = 220V.
Impostare la Tensione e la Corrente dell’avvolgimento secondario Avv.1 = 278V 800mA.
Impostare la Tensione e la Corrente dell’avvolgimento secondario Avv.3 = 6,3V 8A.
Impostare la Tensione e la Corrente dell’avvolgimento secondario Avv.3 = 5,8V 3A.
Selezionare Conosco Lamierini, e premere il pulsante Tipo Lamierino.
Impostare Spessore Pacco Lamellare Sp = 50mm (valore uguale alla colonna C=50mm)
Verificare materialmente se si dispone di un rocchetto plastico di idonee dimensioni per pacco lamellare
50x50 calcolato, altrimenti bisogna realizzarlo in cartoncino. Dopodiché bisogna inserire tali misure del
rocchetto nella cartella ‘Rocchetto Isolanti Ingombri’ tramite apposito pulsante ‘Tipo Rocchetto’.
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Elenco materiali per Trasformatore di Alimentazione
Pacco Lamellare 50x50mm
utilizzando il seguente lamierino:
50mm
150mm
125mm
AxB(cm²)
187,5
A(mm)
125
B(mm)
150
C(mm)
50
D(mm)
25
E(mm)
75
F(mm)
25
G(mm)
25
Tipo
EI150
Gf(Kg/1cm)
1,149
Su(cm²)
150,0
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Rocchetto a singola gola idoneo per pacco lamellare 50x60mm
Cr=51mm
Spr=51mm
M=23mm
H=72mm
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------Filo rame smaltato per gli avvolgimenti
Diametro Filo
Nudo
φN (mm)
0,8
0,6
2
1,2
Diametro Filo
Isolato
φI (mm)
0,87
0,66
2,08
1,29
Sezione filo
rame
nudo
n° di Spire in
1 cm di spazio
Coefficien. di
Riempimento
Resistenza di
1m di filo
Peso di 1m di
filo di rame
Sf
Nspcm
Kf
Rf
Pf
10,95
14,43
4,58
7,38
1,05
1,05
1,05
1,05
0,0350
0,0622
0,0056
0,0156
(mm²)
0,5027
0,2827
3,1416
1,1310
Occorrono circa
132 metri di filo diametro nudo 0,8mm per l’avvolgimento primario 220V
173 metri di filo diametro nudo 0,6mm per l’avvolgimento primario 278V
4 metri di filo diametro nudo 2mm per l’avvolgimento secondario 6,3V
3,8 metri di filo diametro nudo 1,2mm per l’avvolgimento secondario 5,8V
13
(Ω)
(gr/m)
4,4736
2,5164
27,9602
10,0657
Costruzione del Trasformatore di Alimentazione
Gli avvolgimenti sono realizzati con filo smaltato, avvolti su di un rocchetto plastico a una gola,
stratificando gli avvolgimenti primari e secondari come da disegno inserendo un giro di carta
paraffinata ad ogni strato e due giri di carta paraffinata fra ogni avvolgimento.
Gli avvolgimenti di questo trasformatore sono avvolti tutti nello senso come indicato in figura.
Realizzazione
Gli avvolgimenti sono disposti in un rocchetto dotato di
una singola gola denominata gola H pari a 69mm.
Prima di iniziare la costruzione segnare sul rocchetto di
plastica con un pennarello indelebile il senso di
avvolgimento segnare una freccia con scritto
‘Antiorario’.
Il rocchetto presenta delle insenature dedicate ad
ospitare il filo smaltato, tenere presente che gli
avvolgimenti primari devono iniziare e finire da un lato, mentre gli
avvolgimenti secondari devono iniziare e finire dall’altro lato.
Prima di iniziare ad avvolgere, cartellinare il filo smaltato con etichette
segnando con un pennarello con una "I" l'inizio avvolgimento (es. ‘I avv.A’)
poi terminato l’avvolgimento etichettare con una "F" la fine
dell’avvolgimento (es. ‘F avv.A’), in modo che alla fine riconosciamo tutti
gli avvolgimenti che dovremo collegare in serie o in parallelo come da
schema.
Fissato il rocchetto sulla bobinatrice, si inizia avvolgendo avvolgimento
primario di 440spire. Si prosegue avvolgendo gli avvolgimenti secondari,
si avvolge l’avvolgimento secondario di 581 spire, poi l’avvolgimento
secondario di 13 spire e l’avvolgimento secondario di 12 spire.
Finiti di avvolgere tutti gli
avvolgimenti come descritto in
figura si montano tutti i
lamierini alternando le E e le I
come per tutti i trasformatori
standard
di
alimentazione
cercando di serrare bene il
pacco lamellare. Per bloccare il
trasformatore sarà necessario
un serrapacco avendo cura di
tenerlo isolato dai lamierini con
dei pezzi di cartoncino.
A
questo punto si scorticano i
terminali
smaltati
degli
avvolgimenti etichettati con un
cutter fino al rame nudo e si
fanno i relativi collegamenti
come da disegno.
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Amplificatore Stereo Valvolare Push-Pull EL34 35 watt
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